JPH07144241A - マイクロ・マシン用要素部材の製造方法 - Google Patents
マイクロ・マシン用要素部材の製造方法Info
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- JPH07144241A JPH07144241A JP29165393A JP29165393A JPH07144241A JP H07144241 A JPH07144241 A JP H07144241A JP 29165393 A JP29165393 A JP 29165393A JP 29165393 A JP29165393 A JP 29165393A JP H07144241 A JPH07144241 A JP H07144241A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ・マシン用要素部材を経済的に安価
に且つ大量に供給することのできる製造方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】 マイクロ・マシン用要素部材の断面形状を相
似的に拡大した大型素材０１０を成形し、この大型素材
０１０の断面の溝部、開口部及び中空部に充填材０１１
を挿入し、その外周を被覆材０１２で覆った後、所定寸
法まで押し出し、引抜き、線引き加工すると共に、必要
に応じて捻じり加工を施した後、被覆材０１２及び充填
材０１１を除去することを特徴とする
に且つ大量に供給することのできる製造方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】 マイクロ・マシン用要素部材の断面形状を相
似的に拡大した大型素材０１０を成形し、この大型素材
０１０の断面の溝部、開口部及び中空部に充填材０１１
を挿入し、その外周を被覆材０１２で覆った後、所定寸
法まで押し出し、引抜き、線引き加工すると共に、必要
に応じて捻じり加工を施した後、被覆材０１２及び充填
材０１１を除去することを特徴とする
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ・マシン用要
素部材、特にマイクロ・エア・タービン・ロータを製造
する方法に関する。
素部材、特にマイクロ・エア・タービン・ロータを製造
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ・マシンは、ミリ或いはミクロ
ンオーダの微小な部材であり、その一例として、マイク
ロ・エア・タービンを図６に示す。同図に示すように、
タービン・ロータ１はステータ（外径２．２ｍｍ）４内
に収納されると共に両端から突出するシャフト２を介し
てそれぞれ軸受３により回転自在に支持されている。タ
ービン・ロータ１の外周面には傾斜溝８が形成され、ま
た、ステータ４内に高圧空気７を導入するための空気導
入孔６が一方の軸受３に穿設されると共に、高圧空気を
排出するための空気排出孔５が他方の軸受３には穿設さ
れている。
ンオーダの微小な部材であり、その一例として、マイク
ロ・エア・タービンを図６に示す。同図に示すように、
タービン・ロータ１はステータ（外径２．２ｍｍ）４内
に収納されると共に両端から突出するシャフト２を介し
てそれぞれ軸受３により回転自在に支持されている。タ
ービン・ロータ１の外周面には傾斜溝８が形成され、ま
た、ステータ４内に高圧空気７を導入するための空気導
入孔６が一方の軸受３に穿設されると共に、高圧空気を
排出するための空気排出孔５が他方の軸受３には穿設さ
れている。
【０００３】従って、高圧空気７が一方の軸受３に設け
られた空気導入孔６から、ステータ４内に導入され、タ
ービン・ロータ１の表面に設けられた傾斜溝８に沿って
流通して他方の軸受３に設けられた空気排出孔５へ出る
際に、傾斜溝８に反力が作用し、これによりタービン・
ロータ１が回転することになる。つまり、高圧空気７の
運動エネルギーをタービン・ロータ１の回転エネルギー
に変換するのである。
られた空気導入孔６から、ステータ４内に導入され、タ
ービン・ロータ１の表面に設けられた傾斜溝８に沿って
流通して他方の軸受３に設けられた空気排出孔５へ出る
際に、傾斜溝８に反力が作用し、これによりタービン・
ロータ１が回転することになる。つまり、高圧空気７の
運動エネルギーをタービン・ロータ１の回転エネルギー
に変換するのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したマイクロ・マ
シンは、医療、エレクトロニクス、バイオ、生産プロセ
ス等の分野で革新的な進展が期待されている。その実現
の為には、マイクロ・マシンのコンポーネント（要素）
部材を画期的な工法・プロセスを用いて、経済的に安価
に供給することが重要である。
シンは、医療、エレクトロニクス、バイオ、生産プロセ
ス等の分野で革新的な進展が期待されている。その実現
の為には、マイクロ・マシンのコンポーネント（要素）
部材を画期的な工法・プロセスを用いて、経済的に安価
に供給することが重要である。
【０００５】しかしながら、図６に示されるマイクロ・
エア・タービンは、放電加工技術を用いた三次元加工に
より、棒材から直径９５０μｍのタービン・ロータを切
り出して製作している（T.Masaki,et al,IEEE MEMS '91
(1991)）。このように直径１ｍｍ以下のタービン・ロー
タは、三次元の微細な溝状ブレードを棒材（不記載）か
ら切り出して製作するため、次のような課題がある。
エア・タービンは、放電加工技術を用いた三次元加工に
より、棒材から直径９５０μｍのタービン・ロータを切
り出して製作している（T.Masaki,et al,IEEE MEMS '91
(1991)）。このように直径１ｍｍ以下のタービン・ロー
タは、三次元の微細な溝状ブレードを棒材（不記載）か
ら切り出して製作するため、次のような課題がある。
【０００６】微細な放電電極の成形が困難且つ高価で
ある。 三次元駆動の如何に高精度な数値制御式放電加工機を
用いても、ワークと放電電極管との間にショートアーク
を発生させながら加工することとなり、熱容量の小さい
ワーク（タービン・ロータ）は、入熱（電流・電圧・速
度など）変動を吸収しきれないため、形状不良、加工面
粗度荒れを生じ、製品歩留が悪い。
ある。 三次元駆動の如何に高精度な数値制御式放電加工機を
用いても、ワークと放電電極管との間にショートアーク
を発生させながら加工することとなり、熱容量の小さい
ワーク（タービン・ロータ）は、入熱（電流・電圧・速
度など）変動を吸収しきれないため、形状不良、加工面
粗度荒れを生じ、製品歩留が悪い。
【０００７】加工速度が遅い。 以上、〜により微小な部材といえども、高価とな
り、経済的に安価に大量に供給することが困難であっ
た。 本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
マイクロ・マシン用要素部材を経済的に安価に且つ大量
に供給することのできる製造方法を提供することを目的
とする。
り、経済的に安価に大量に供給することが困難であっ
た。 本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
マイクロ・マシン用要素部材を経済的に安価に且つ大量
に供給することのできる製造方法を提供することを目的
とする。
【０００８】
〔手段１〕最終製品、例えば、タービン・ロータの軸断
面形状と相似形の大型素材を切削加工等により製作し、
溝部、開口部、中空部に相当する部分には、充填材、例
えば、銅、軟鋼等を当接・充填し、これらを被覆材とな
る管材に当接・充填する。これらの部材の当接界面に
は、好ましくは、黒鉛、アルミナ（Ａl2Ｏ3）、ガラス
（ＳiＯ2）等の粉末離型剤を塗布する。
面形状と相似形の大型素材を切削加工等により製作し、
溝部、開口部、中空部に相当する部分には、充填材、例
えば、銅、軟鋼等を当接・充填し、これらを被覆材とな
る管材に当接・充填する。これらの部材の当接界面に
は、好ましくは、黒鉛、アルミナ（Ａl2Ｏ3）、ガラス
（ＳiＯ2）等の粉末離型剤を塗布する。
【０００９】〔手段２〕手段１で得た大型素材を熱間或
いは冷間で、押し出し、引抜き又は線引加工する。 〔手段３〕線引加工途中若しくは線引加工後に、線材全
体に所定角度だけ、捻じり加工を施す。尚、溝の捻じり
角（リード角）は線引加工により復元する角度を予め見
込んで素材加工段階で施しても良い。
いは冷間で、押し出し、引抜き又は線引加工する。 〔手段３〕線引加工途中若しくは線引加工後に、線材全
体に所定角度だけ、捻じり加工を施す。尚、溝の捻じり
角（リード角）は線引加工により復元する角度を予め見
込んで素材加工段階で施しても良い。
【００１０】〔手段４〕元の管材であった部分、即ち、
被覆材を化学的或いは物理的エッチング手段を用いて除
去し、溝部に充填された充填材を除去する。 〔手段５〕これらを必要に応じて、エッチング液浸漬
や、マイクロブラスティング（１〜３μｍのアルミナ、
硅砂等を含むエアジェット）等の手段でバリを除去す
る。
被覆材を化学的或いは物理的エッチング手段を用いて除
去し、溝部に充填された充填材を除去する。 〔手段５〕これらを必要に応じて、エッチング液浸漬
や、マイクロブラスティング（１〜３μｍのアルミナ、
硅砂等を含むエアジェット）等の手段でバリを除去す
る。
【００１１】
〔作用１〕最終部品断面形状と略相似形の断面を有する
素材に、離型剤を介して充填材及び管材を当接し合体し
た状態で、線引きすることにより、相似形に縮小した長
尺な最終断面の部品を大量に得ることができる。正確な
素材断面形状は、予め組成流動解析、線引比率、充填材
材質等に基づき、実験等を踏まえて設定する。 〔作用２〕線引き加工により、相似形で縮小された最終
断面形状の部品を長尺・大量且つ高速・容易・高歩留に
製造できる。
素材に、離型剤を介して充填材及び管材を当接し合体し
た状態で、線引きすることにより、相似形に縮小した長
尺な最終断面の部品を大量に得ることができる。正確な
素材断面形状は、予め組成流動解析、線引比率、充填材
材質等に基づき、実験等を踏まえて設定する。 〔作用２〕線引き加工により、相似形で縮小された最終
断面形状の部品を長尺・大量且つ高速・容易・高歩留に
製造できる。
【００１２】〔作用３〕捻じり加工を施すことにより、
傾斜溝を得ることができる。 〔作用４〕化学的エッチング或いは物理的エッチング
（例えば、イオンエッチング）を行なうことにより、被
覆材は薄くなる。素材表面には離型材が存在するため、
一端被覆材が開口すると、新たに素材をエッチングする
よりも、被覆材のエッチングを継続させた方がエネルギ
ー的にも楽に被覆材のみが除去される。
傾斜溝を得ることができる。 〔作用４〕化学的エッチング或いは物理的エッチング
（例えば、イオンエッチング）を行なうことにより、被
覆材は薄くなる。素材表面には離型材が存在するため、
一端被覆材が開口すると、新たに素材をエッチングする
よりも、被覆材のエッチングを継続させた方がエネルギ
ー的にも楽に被覆材のみが除去される。
【００１３】〔作用５〕所定長さに部材切断する時に発
生したバリ、或いは線引加工中時に被覆材や充填材の界
面隙間に流出して形成されたバリを除去できる。
生したバリ、或いは線引加工中時に被覆材や充填材の界
面隙間に流出して形成されたバリを除去できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明について、図面を参照して詳細
に説明する。 〔実施例１〕本発明の一実施例を図１〜図３に示す。
に説明する。 〔実施例１〕本発明の一実施例を図１〜図３に示す。
【００１５】先ず、図１に示すように、直径３０ｍｍ、
長さ１０００ｍｍの６−４黄銅棒（６０％Ｃu−４０％
Ｚn）０１１の外周８箇所均等に直径７ｍｍの半月溝を
加工し、この溝に半月状断面のＡl合金製部材（ＪＩＳ
Ｈ４０４０，Ａ５０８３，Ａl−４％Ｍg合金）０１２
を接着剤で仮着けし、内径３０．５ｍｍ、外径３２．５
ｍｍ、長さ１１００ｍｍの管材（Ａ５０８３製）０１３
内に挿入して大型部材０１０とする。また、管材０１３
の両端約５０ｍｍを絞り、内部の黄銅棒０１１が移動、
飛び出さないようにした。
長さ１０００ｍｍの６−４黄銅棒（６０％Ｃu−４０％
Ｚn）０１１の外周８箇所均等に直径７ｍｍの半月溝を
加工し、この溝に半月状断面のＡl合金製部材（ＪＩＳ
Ｈ４０４０，Ａ５０８３，Ａl−４％Ｍg合金）０１２
を接着剤で仮着けし、内径３０．５ｍｍ、外径３２．５
ｍｍ、長さ１１００ｍｍの管材（Ａ５０８３製）０１３
内に挿入して大型部材０１０とする。また、管材０１３
の両端約５０ｍｍを絞り、内部の黄銅棒０１１が移動、
飛び出さないようにした。
【００１６】次に、図２に示すように、上記大型部材０
１０を高周波加熱コイル０２０により約４００℃に加熱
した後、押出ダイス０１４を通過させて、直径の縮小し
た大型部材０１５とする。このような操作を順次繰り返
して、最終断面形状まで縮小させた大型部材０１０ｎを
最終線引加工において、ピンチローラ０２１で線引ダイ
ス０１６から引き出すと共に、巻取リール０１８の旋回
中心機構０１９をピンチローラ０２１の周速と同期させ
て捻転巻取して、仕上がりワイヤ０１７とした。仕上が
りワイヤ０１７の外径は１．０３ｍｍである。
１０を高周波加熱コイル０２０により約４００℃に加熱
した後、押出ダイス０１４を通過させて、直径の縮小し
た大型部材０１５とする。このような操作を順次繰り返
して、最終断面形状まで縮小させた大型部材０１０ｎを
最終線引加工において、ピンチローラ０２１で線引ダイ
ス０１６から引き出すと共に、巻取リール０１８の旋回
中心機構０１９をピンチローラ０２１の周速と同期させ
て捻転巻取して、仕上がりワイヤ０１７とした。仕上が
りワイヤ０１７の外径は１．０３ｍｍである。
【００１７】引き続き、上記ワイヤ０１７を次工程のハ
ンドリング性のために、約１０００ｍｍに切断した後、
エッチング液として３０％のＮaＯＨ水溶液に５０℃×
２０分間浸漬し、いわゆるアルカリエッチング手法によ
り、表層の被覆材を除去した。溝部に残留するＡl合金
線は一部腐食した状況であるので、一端を引っ張り溝部
から取り外した。
ンドリング性のために、約１０００ｍｍに切断した後、
エッチング液として３０％のＮaＯＨ水溶液に５０℃×
２０分間浸漬し、いわゆるアルカリエッチング手法によ
り、表層の被覆材を除去した。溝部に残留するＡl合金
線は一部腐食した状況であるので、一端を引っ張り溝部
から取り外した。
【００１８】そして、ワイヤカット法で所定長１５．０
ｍｍに切断し、続いて、両端面の中心に、直径０．３ｍ
ｍ×長さ１０．０ｍｍのピアノ線をローターシャフトと
してパーカッション溶接により接合した。最後に、上記
タービン・ロータを、図６に示すようにステータ４及び
軸受３に組み込んでマイクロ・エア・タービンを完成さ
せた。
ｍｍに切断し、続いて、両端面の中心に、直径０．３ｍ
ｍ×長さ１０．０ｍｍのピアノ線をローターシャフトと
してパーカッション溶接により接合した。最後に、上記
タービン・ロータを、図６に示すようにステータ４及び
軸受３に組み込んでマイクロ・エア・タービンを完成さ
せた。
【００１９】〔実施例２〕本発明の他の実施例を図４に
示す。本実施例は、マイクロ歯車ポンプ用ギアを製作す
る方法に関するものである。本実施例では、図４に示す
ように、黄銅棒０１１の中心に芯材（Ａ５０８３材）０
３０を素材段階で充填した。固定軸を貫通する中心孔が
必要となるためである。その他の構成は、前述した実施
例１と同様である。
示す。本実施例は、マイクロ歯車ポンプ用ギアを製作す
る方法に関するものである。本実施例では、図４に示す
ように、黄銅棒０１１の中心に芯材（Ａ５０８３材）０
３０を素材段階で充填した。固定軸を貫通する中心孔が
必要となるためである。その他の構成は、前述した実施
例１と同様である。
【００２０】〔実施例３〕本発明の他の実施例を図５に
示す。本実施例は、マイクロうず巻きポンプ用羽根車を
製作する方法に関するものである。本実施例では、図５
に示すように、黄銅棒０１１の中心に芯材０３０として
Ａl材を充填した。最終段階での芯材０３０の除去は、
Ａl材であるため、アルカリエッチングで実施した。そ
の他の構成は、前述した実施例１と同様である。
示す。本実施例は、マイクロうず巻きポンプ用羽根車を
製作する方法に関するものである。本実施例では、図５
に示すように、黄銅棒０１１の中心に芯材０３０として
Ａl材を充填した。最終段階での芯材０３０の除去は、
Ａl材であるため、アルカリエッチングで実施した。そ
の他の構成は、前述した実施例１と同様である。
【００２１】
〔効果１〕先ず、予め寸法的に加工し易い素材段階で組
成加工時の変形量を考慮して、最終形状・寸法を相似拡
大して製造し、次いで線引加工で断面を相似縮小、即
ち、断面積比の二乗倍の長さを縮小することにより、マ
イクロ・マシン用要素部材を高速安価、且つ、均一に製
造することができる。 〔効果２〕捻じり加工を施すことにより、軸方向に傾斜
した溝、即ち、リード角を付けたスパイラルを成形する
ことができる。 〔効果３〕最終製品となる材料と化学的、機械的、物理
的、電気的特性等が異なる充填材を素材段階で素材の空
隙に充填し或いは外周に被覆することにより、最終線引
加工後の化学的、物理的エッチング等の手段により、素
材を損傷することなく、充填材を除去することができ
る。 〔効果４〕上記エッチング法、マイクロブラフト法の適
用により、薄片となったバリを除去できる。 〔効果５〕以上、実施例に基づいて具体的に述べてきた
ように、前述した課題〜を解決し、安価、大量、経
済的にマイクロ・マシン用要素部材を製造することがで
きる。
成加工時の変形量を考慮して、最終形状・寸法を相似拡
大して製造し、次いで線引加工で断面を相似縮小、即
ち、断面積比の二乗倍の長さを縮小することにより、マ
イクロ・マシン用要素部材を高速安価、且つ、均一に製
造することができる。 〔効果２〕捻じり加工を施すことにより、軸方向に傾斜
した溝、即ち、リード角を付けたスパイラルを成形する
ことができる。 〔効果３〕最終製品となる材料と化学的、機械的、物理
的、電気的特性等が異なる充填材を素材段階で素材の空
隙に充填し或いは外周に被覆することにより、最終線引
加工後の化学的、物理的エッチング等の手段により、素
材を損傷することなく、充填材を除去することができ
る。 〔効果４〕上記エッチング法、マイクロブラフト法の適
用により、薄片となったバリを除去できる。 〔効果５〕以上、実施例に基づいて具体的に述べてきた
ように、前述した課題〜を解決し、安価、大量、経
済的にマイクロ・マシン用要素部材を製造することがで
きる。
【図１】本発明の一実施例に係るマイクロ・エア・ター
ビン用大型部材を示す断面図である。
ビン用大型部材を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係り、大型部材を順次線引
加工中を示す断面図である。
加工中を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る線引加工中において、
捻じり巻取加工を行なっている様子を示す断面図であ
る。
捻じり巻取加工を行なっている様子を示す断面図であ
る。
【図４】本発明の第二の実施例に係るマイクロ歯車ポン
プ用ギアの大型部材を示す断面図である。
プ用ギアの大型部材を示す断面図である。
【図５】本発明の第三の実施例に係るマイクロうず巻き
ポンプ用羽根車の大型部材を示す断面図である。
ポンプ用羽根車の大型部材を示す断面図である。
【図６】従来のマイクロエアタービンの構成を示す部分
切欠斜視図である。
切欠斜視図である。
１ タービン・ロータ ２ シャフト ３ 軸受 ４ ステータ ５ 空気排出孔 ６ 空気導入孔 ７ 高圧空気 ８ 傾斜溝 ０１０ 大型部材 ０１０ｎ 最終断面形状まで縮小した大型部材 ０１１ 黄銅棒 ０１２ Ａl合金性部材 ０１３ 管材 ０１４ 押出ダイス ０１５ 直径の縮小した大型部材 ０１６ 線引ダイス ０１７ 仕上がりワイヤ ０１８ 巻取リール ０１９ 旋回中心機構 ０２０ 高周波加熱コイル ０２１ ピンチローラ
Claims (1)
- 【請求項１】 回転軸に直交な何れの断面に於いても、
その形状が合同であるマイクロ・マシン用要素部材の製
造方法において、上記形状を相似的に拡大した大型素材
を成形し、この大型素材の断面の溝部、開口部及び中空
部に充填材を挿入し、その外周を被覆材で覆った後、所
定寸法まで押し出し、引抜き又は線引き加工すると共
に、必要に応じて捻じり加工を施した後、前記被覆材及
び充填材を除去することを特徴とするマイクロ・マシン
用要素部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29165393A JPH07144241A (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | マイクロ・マシン用要素部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29165393A JPH07144241A (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | マイクロ・マシン用要素部材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07144241A true JPH07144241A (ja) | 1995-06-06 |
Family
ID=17771733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29165393A Withdrawn JPH07144241A (ja) | 1993-11-22 | 1993-11-22 | マイクロ・マシン用要素部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07144241A (ja) |
-
1993
- 1993-11-22 JP JP29165393A patent/JPH07144241A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010130 |